CH636516A5

CH636516A5 - DEVICE FOR TRANSCUTANEOUS DETERMINATION OF PERFUSION EFFICIENCY.

Info

Publication number: CH636516A5
Application number: CH886078A
Authority: CH
Inventors: Dietrich Werner Prof Luebbers; Albert Prof Dr Med Huch; Renate Dr Med Huch-Gutzeit
Original assignee: Max Planck Gesellschaft
Priority date: 1977-08-22
Filing date: 1978-08-21
Publication date: 1983-06-15
Also published as: DE2737709A1; DE2737709C3; AT382243B; ATA611278A; DE2737709B2; US4230122A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur transcutanen Bestimmung der Perfusionseffizienz in mit Blut versorgtem Gewebe, mit mindestens einer Messsonde zur Messung der Konzentration einer durch Perfusion transportierten Substanz und mindestens einer Messsonde zur Bestimmung der Perfusion. The invention relates to a device for the transcutaneous determination of the perfusion efficiency in tissue supplied with blood, with at least one measuring probe for measuring the concentration of a substance transported by perfusion and at least one measuring probe for determining the perfusion.

Bei Vorrichtungen der beschriebenen Art ist es häufig erforderlich, den maximalen Grenzfall der Perfusionseffizienz, also den Fall festzustellen, in dem die arterielle und die transcutane Konzentration des zu messenden Indikators übereinstimmen. In devices of the type described, it is often necessary to determine the maximum limit of perfusion efficiency, that is to say the case in which the arterial and transcutaneous concentration of the indicator to be measured match.

Ist nämlich die Versorgung des durch Kapillaren versorgten Gewebes mit der Indikatorsubstanz so gering, dass sich kein perfusionsunabhängiges Indikatorfeld ausbildet, dann ist auch die transcutane Messung der arteriellen Konzentration des Indikators nicht mehr möglich, weil nur noch ein Teil der Indikatorkonzentration die Oberfläche erreicht. If the supply of the indicator substance to the tissue supplied by capillaries is so small that no perfusion-independent indicator field is formed, then the transcutaneous measurement of the arterial concentration of the indicator is no longer possible because only part of the indicator concentration reaches the surface.

Ein solcher kritischer Fall ist messtechnisch dadurch festzustellen, dass bei Perfusionsänderungen gleichzeitig auch parallele Änderungen der Indikatorkonzentration trans-cutan angezeigt werden. Such a critical case can be determined metrologically by the fact that parallel changes in the indicator concentration are also displayed trans-cutan in the case of perfusion changes.

Im minimalen Grenzfall hingegen verschwindet die Perfusion, während im maximalen Grenzfall die Indikatorkonzentration unabhängig von der Perfusion ist. In the minimum limit case, on the other hand, the perfusion disappears, while in the maximum limit case the indicator concentration is independent of the perfusion.

Eine Perfusionseffizienz unterhalb des maximalen Grenzfalls ist auch pathophysiologisch bedeutungsvoll. Perfusion efficiency below the maximum limit is also pathophysiologically significant.

Nachdem nun Vorrichtungen der beschriebenen Art häufig bei der Intensivüberwachung von Patienten eingesetzt werden, ist es, besonders bei langen Überwachungszeiten, beschwerlich, die Perfusionseffizienz direkt zu beobachten, da ja nur Änderungen, und zwar parallele Änderungen der beiden die Perfusionseffizienz bestimmenden Parameter, kritische Zustände signalisieren und deshalb Gegenmassnah-men auslösen sollten. Now that devices of the type described are frequently used in the intensive monitoring of patients, it is difficult, particularly with long monitoring times, to observe the perfusion efficiency directly, since only changes, namely parallel changes in the two parameters determining the perfusion efficiency, signal critical states and should therefore trigger countermeasures.

Erfindungsgemäss sind deshalb die von der Messsonde zur Messung der Perfusion und von der Messsonde zur Bestimmung der Konzentration ausgehenden Signale einem Signaländerungen feststellenden elektronischen Prozessor zugeführt, der einen Alarmgeber auslöst, wenn die zeitliche Signaländerung eine dem Prozessor vorgegebene Änderungsgrenze übersteigt. According to the invention, the signals emanating from the measuring probe for measuring the perfusion and from the measuring probe for determining the concentration are therefore fed to an electronic processor which detects signal changes and which triggers an alarm when the temporal signal change exceeds a change limit specified for the processor.

Der Vorteil der Anordnung besteht darin, dass nunmehr die individuelle Überwachung eines Patienten vereinfacht ist, ohne dass kritische Zustände der Gesamtversorgung übersehen werden, und dass auch in den Fällen, in denen beispielsweise Sauerstoff experimentell gemessen werden soll, eine Kontrolle darüber möglich ist, ob die physiologischen Bedingungen zur Durchführung einer transcutanen Messung der arteriellen Indikatorkonzentration gegeben sind. The advantage of the arrangement is that the individual monitoring of a patient is now simplified without critical conditions of the overall care being overlooked, and that even in cases where oxygen is to be measured experimentally, for example, it is possible to check whether the physiological conditions for performing a transcutaneous measurement of the arterial indicator concentration are given.

In einer besonders einfachen Ausführungsform kann der elektronische Prozessor einen Funktionsverstärker aufweisen, der aus dem Perfusionssignal und dem Konzentrationssignal ein Produkt bildet, wobei der Ausgang des Funktionsverstärkers durch einen Taktgeber auf zwei um 180° phasenverschoben angesteuerte Speicher geschaltet werden kann, deren Ausgänge über einen Komparator mit einem Schwellenwertschalter verbunden sind, der den Alarmgeber schaltet. Mit dieser einfachen Ausführungsform ist eine grobe Kontrolle der Perfusionseffizienz möglich. Sie schaltet aber bereits dann auf Alarm, wenn eine starke Änderung nur eines der Parameter erfolgt, was aber meist noch keinen kritischen Zustand darstellt. In a particularly simple embodiment, the electronic processor can have a functional amplifier which forms a product from the perfusion signal and the concentration signal, the output of the functional amplifier being able to be switched by a clock generator to two memories which are driven out of phase by 180 °, the outputs of which are connected via a comparator are connected to a threshold switch that switches the alarm. With this simple embodiment, a rough control of the perfusion efficiency is possible. However, it already switches to alarm if there is a major change in only one of the parameters, which, however, usually does not yet represent a critical state.

Zur Erhöhung der Schaltgenauigkeit kann der Prozessor je einen Kanal für die die Perfusionseffizienz bestimmenden Messgrössen aufweisen, in denen die zeitlichen Differenzenquotienten der Messgrössen bestimmbar sind, wobei der dem Vorzeichen des Differenzenquotienten entsprechende Schaltzustand aus den beiden Kanälen je einem UND-Gatter zugeführt ist, deren Ausgänge über ein ODER-Gatter auf den Alarmgeber wirken. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass jetzt nur noch bei parallelen Änderungen der beiden Messgrössen Alarm ausgelöst wird. To increase the switching accuracy, the processor can have one channel for each of the measured variables that determine the perfusion efficiency, in which the temporal difference quotients of the measured variables can be determined, the switching state corresponding to the sign of the difference quotient being fed from the two channels to an AND gate and their outputs act on the alarm device via an OR gate. The advantage of this arrangement is that an alarm is now only triggered if the two measured variables are changed in parallel.

In Weiterentwicklung können der Perfusionskanal und der Konzentrationskanal je einen einstellbaren Verstärker aufweisen, dessen Ausgang mit einem von einem nach der Frequenz einstellbaren Taktgeber gesteuerten Integrator verbunden ist, dessen Ausgang mit einem einstellbaren Schwellenwertschalter verbunden ist. Der Ausgang des Schwellenwertschalters kann dann mit einem getakteten Analog/Digital-Wandler verbunden sein, dessen nach der Frequenz einstellbarer zweiter Taktgeber mit der vollen Arbeitsfrequenz den Analog/Digital-Wandler mit dem Schwellenwertschalter verbinden, mit der halben Arbeitsfrequenz einen ersten Speicher und mit der halben, um 180° phasenverschobenen Arbeitsfrequenz einen zweiten Speicher mit dem Ausgang des Analog/Digital-Wandlers verbinden kann. Ein Komparator kann dabei mit dem Ausgang des ersten und zweiten Speichers verbunden sein, und der Ausgang des Komparators sowohl für negatives als auch für positives Vorzeichen jedes der beiden Kanäle kann mit jeweils einem der beiden UND-Gatter verbunden sein. In a further development, the perfusion channel and the concentration channel can each have an adjustable amplifier, the output of which is connected to an integrator controlled by a frequency-adjustable clock generator, the output of which is connected to an adjustable threshold switch. The output of the threshold switch can then be connected to a clocked analog / digital converter, the second clock of which, which can be set in terms of frequency, connects the analog / digital converter to the threshold switch with the full operating frequency, a first memory with half the operating frequency and half with the operating frequency , 180 ° phase-shifted operating frequency can connect a second memory to the output of the analog / digital converter. A comparator can be connected to the output of the first and second memories, and the output of the comparator for both negative and positive sign of each of the two channels can be connected to one of the two AND gates.

In dieser Ausführungsform ist vor allem eine Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses für die Schaltung vermittels der Einstellung des erstgenannten Taktgebers möglich. In this embodiment, an optimization of the signal-to-noise ratio for the circuit is possible above all by means of the setting of the first-mentioned clock generator.

Zwischen den Ausgängen des Komparators und den Eingängen der UND-Gatter können monostabile Vibratoren mit einstellbarer Schaltzeit vorgesehen sein, um Verzögerungen bei Änderungen der Messsignale auszugleichen. Monostable vibrators with adjustable switching times can be provided between the outputs of the comparator and the inputs of the AND gates in order to compensate for delays in the event of changes in the measurement signals.

Eine andere Weiterentwicklung dieser Ausführungsform, bei der der Nullausgang des Komparators des Perfusionskanals und der Minusausgang des Komparators des Konzentrationskanals über ein weiteres UND-Gatter mit dem ODER-Gatter verbunden sind, hat besonders dann Bedeutung, wenn die Sauerstoffversorgung bei voller Perfusion, beispielsweise durch Störungen im kleinen Kreislauf, nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Another further development of this embodiment, in which the zero output of the comparator of the perfusion channel and the minus output of the comparator of the concentration channel are connected to the OR gate via a further AND gate, is particularly important when the oxygen supply is in full perfusion, for example due to disturbances in a small cycle, can no longer be maintained.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn zwischen dem ODER-Gatter und dem Alarmgeber ein Integrator angeordnet ist, weil dadurch zu frühe Alarmauslösungen, insbesondere bei normalen Anpassungsschwankungen, beispielsweise bei physiologischen Experimenten, vermieden werden können. Furthermore, it is advantageous if an integrator is arranged between the OR gate and the alarm transmitter, because this can prevent alarms being triggered too early, in particular in the case of normal adaptation fluctuations, for example in physiological experiments.

Ein einfaches Verfahren zur Erzeugung von Perfusions-änderungen besteht darin, dass die Perfusionsmesssonden mit einem Druck von mindestens 1 g/cm2 auf das Gewebe aufgepresst ist. Dieser Druck kann durch ein wärmeisoliertes Gewicht oder durch Federn oder durch einen anderen Druckgeber erzeugt werden. Dabei werden die Kapillaren abgepresst und somit die Perfusion verringert oder unterbunden. Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Druck ent5 A simple method for generating perfusion changes is that the perfusion measuring probes are pressed onto the tissue with a pressure of at least 1 g / cm 2. This pressure can be generated by a heat-insulated weight or by springs or by another pressure transmitter. The capillaries are squeezed and the perfusion is reduced or prevented. It is particularly advantageous if the pressure is correct

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

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weder durch einen hydraulisch oder auch durch einen durch Gasdruck betätigbaren Druckgeber aufbringbar ist, weil dadurch eine selbsttätige Steuerung von induzierten Perfusionsänderungen, beispielsweise durch eine von einem zusätzlichen Taktgeber getaktete Pumpe ermöglicht ist. Dadurch kann eine periodische Kontrolle des Gesamtversor-gungsstatus bei Patienten sehr vereinfacht werden. can not be applied either by a hydraulic or also by a pressure sensor that can be actuated by gas pressure, because this enables automatic control of induced perfusion changes, for example by a pump clocked by an additional clock sensor. This makes it very easy to periodically check the overall care status of patients.

Eine weitere Verbesserung der Vorrichtung lässt sich erreichen, wenn ein anderer Taktgeber die Temperatur der Perfusionsmesssonde abwechselnd auf die Temperatur des Körperkerns und auf eine Temperatur von etwa 43 °C einstellt, wobei die Konzentrationsmessung nur bei Vorliegen der Körperkerntemperatur ausführbar ist, weil dann nämlich die Überschusshyperämisierung aus dem Intervall der höheren Temperatur einerseits dafür sorgt, dass der maximale Grenzfall der Perfusion vorliegt, anderseits der Sauer-stoffpartialdruck ungestört ist und demjenigen bei Körperkerntemperatur entspricht. Um die Totzeiten für die Messung während der Aufheizung zu vermeiden, können zwei Perfusionssonden von dem Taktgeber abwechselnd auf die Körperkerntemperatur und auf eine Temperatur von etwa 43 °C eingestellt werden und kann dann die Konzentrationsmessung durch jeweils diejenige Konzentrationsmesssonde vorgenommen werden, deren Temperatur die Körperkerntemperatur ist. A further improvement of the device can be achieved if another clock generator sets the temperature of the perfusion measuring probe alternately to the temperature of the core of the body and to a temperature of approximately 43 ° C., the concentration measurement being able to be carried out only when the core temperature of the body is present, because then excess hyperemia from the interval of the higher temperature on the one hand ensures that the maximum limit of perfusion is present, on the other hand the oxygen partial pressure is undisturbed and corresponds to that at core body temperature. In order to avoid dead times for the measurement during heating, two perfusion probes can be set by the clock alternately to the body core temperature and to a temperature of about 43 ° C and then the concentration measurement can be carried out by the concentration measuring probe whose temperature is the body core temperature .

Mittels eines an einem Nullausgang des Komparators des Konzentrationskanals liegenden Schalters kann eine zusätzliche Sauerstoffmesssonde mit eine.m solchen Diffusionswiderstand der Membran einschaltbar sein, der gross ist gegen den Diffusionswiderstand der Haut, weil dadurch eine sehr genaue, beziehungsweise eine absolute Bestimmung der Sauerstoffkonzentration möglich ist. By means of a switch located at a zero output of the comparator of the concentration channel, an additional oxygen measuring probe with such a diffusion resistance of the membrane can be switched on, which is large compared to the diffusion resistance of the skin, because this enables a very precise or absolute determination of the oxygen concentration.

In einer besonderen Ausführungsform ist nicht nur eine einzige Konzentrationsmessonde verwendet, sondern ist die Konzentration mehrerer Indikatoren durch mehrere Konzentrationsmesssonden gleichzeitig messbar, wobei die Ausgänge von den Konzentrationsmesssonden zugeordneten Prozessoren über ein ODER-Gatter dem Alarmgeber zugeführt sind. Mit dieser Ausführungsform kann beispielsweise gleichzeitig die 02-Konzentration und die C02-Konzentra-tion überwacht und damit noch genauer der Status von Intensivpatienten kontrolliert werden. In a special embodiment, not only a single concentration measuring probe is used, but the concentration of several indicators can be measured simultaneously by several concentration measuring probes, the outputs of the processors assigned to the concentration measuring probes being fed to the alarm transmitter via an OR gate. With this embodiment, for example, the 02 concentration and the CO 2 concentration can be monitored at the same time and the status of intensive care patients can thus be controlled even more precisely.

Von Vorteil ist es dabei, wenn die Konzentrationsmesssonden in einem Messkopf angeordnet sind. It is advantageous if the concentration measuring probes are arranged in a measuring head.

Um die Temperaturabhängigkeit der Indikatorkonzentration zu eliminieren, kann vorteilhaft durch einen Temperaturfühler ein variabler Verstärker derart verstellt werden, dass die Temperaturabhängigkeit gerade ausgeglichen ist. Dadurch können die Schaltbedingungen für den elektronischen Prozessor verbessert werden. In order to eliminate the temperature dependency of the indicator concentration, a variable amplifier can advantageously be adjusted by a temperature sensor in such a way that the temperature dependency is just balanced. This can improve the switching conditions for the electronic processor.

Es kann weiterhin eine Verbesserung der Schaltgenauigkeit erreicht werden, wenn die Konzentration weiterer Indikatoren durch weitere Konzentrationsmesssonden gleichzeitig messbar ist, die Konzentrationsmesssonden mit einem Funktionsverstärker verbunden sind, der in bekannter Weise aus den Indikatorkonzentrationen eine weitere physiologische Grösse ermittelt, und die weitere physiologische Grösse dem elektronischen Prozessor zugeführt ist. An improvement in the switching accuracy can also be achieved if the concentration of further indicators can be measured simultaneously by further concentration measuring probes, the concentration measuring probes are connected to a functional amplifier which determines a further physiological variable from the indicator concentrations in a known manner, and the further physiological variable to the electronic one Processor is fed.

In den Zeichnungen sind weitere Einzelheiten von Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Further details of exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings. Show it:

Fig. 1 eine Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 shows a device according to an embodiment of the invention,

Fig. 2 eine besonders einfache Ausführung eines Prozessors der Vorrichtung, 2 shows a particularly simple embodiment of a processor of the device,

Fig. 3 eine Ausführungsform für genauere Schaltungen, Fig. 4 eine besonders genau arbeitende Schaltung, Fig. 5 eine Einrichtung zur Induzierung von Perfusionsänderungen, 3 shows an embodiment for more precise circuits, FIG. 4 shows a circuit that works particularly precisely, FIG. 5 shows a device for inducing perfusion changes,

4 4th

Fig. 6 eine Vorrichtung mit variabler Temperatur des Perfusionsmesskopfes, 6 shows a device with variable temperature of the perfusion measuring head,

Fig. 7 eine Vorrichtung mit alternativ geschalteten, variablen Perfusionsmessköpfen, 7 shows a device with alternatively connected, variable perfusion measuring heads,

s Fig. 8 eine Vorrichtung mit zwei Konzentrationsmesssonden, 8 shows a device with two concentration measuring probes,

Fig. 9 eine Vorrichtung mit mehrere Konzentrationsmesssonden enthaltendem Messkopf und einem Funktionsverstärker und io Fig. 10 eine Vorrichtung mit Temperaturausgleich. 9 shows a device with a measuring head containing several concentration measuring probes and a functional amplifier; and FIG. 10 shows a device with temperature compensation.

Gemäss Fig. 1 besitzt ein Messkopf A eine Messsonde 1 zur Bestimmung der Perfusion und eine Messsonde 2 zur Bestimmung der Konzentration. Dabei kann die Messsonde 2 zur Bestimmung der Konzentration sowohl innerhalb als 15 auch ausserhalb der Messsonde 1 zur Bestimmung der Perfusion angeordnet sein. Die Signale der Messsonden 1 und 2 werden einem elektronischen Prozessor P zugeführt, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn sich die Signale derart stark ändern, dass eine im Prozessor eingestellte Änderungsgrenze 20 überschritten wird. Das Ausgangssignal des Prozessors P löst sodann einen Alarmgeber 7 aus. Da parallele Änderungen der beiden Signale den Zustand der Unterversorgung des perfundierten Gewebes charakterisieren, kann durch die Vorrichtung einmal dieser kritische Zustand angezeigt wer-25 den. Zum anderen kann, wenn lediglich eine Konzentrationsmessung vorgenommen werden soll, durch dieses Ausgangssignal gegebenenfalls daraufhingewiesen werden, dass aufgrund eines zu hohen relativen Verbrauchs im Gewebe die wahre Konzentration nicht mehr gemessen werden kann. 30 Den Aufbau des Prozessors P zeigt schematisch in einer einfachen Ausführung Fig. 2. Die Signale der Messsonden 1 und 2 sind einem Funktionsverstärker Ft zugeführt, der die beiden Grössen selbst oder Funktionen dieser Grösse zu einer dritten Funktion verbindet. Diese kann beispielsweise 35 ein Produkt oder eine Exponentialfunktion oder eine der bekannten nomografischen Funktionen sein. Die Funktion muss nur die Bedingung erfüllen, dass dann, wenn die Konzentration eine Funktion der Perfusion ist, ein möglichst hohes Signal entsteht. Dadurch führt beispielsweise eine schwa-4o che parallele Änderung bei beiden Signalen zu einem gut unterscheidbaren Signal zur Auslösung des Alarmgebers 7. Dazu wird das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers Ft zwei Speichern 1400 und 1401 zugeführt, die, durch einen Taktgeber 1402 gesteuert, nacheinander den Wert am Aus-45 gang des Funktionsverstärkers speichern. Ein Komparator 1500 bildet daraus die Differenz, ein Schwellenwertschalter 1600 filtert schwache Änderungen aus. Überschreitet eine Änderung, also ein Differenzenwert, der am Ausgang des Komparators 1500 steht, den im Schwellenwertschalter 1600 so vorgegebenen Schwellenwert, dann löst dieses Signal den Alarmgeber 7 aus. 1, a measuring head A has a measuring probe 1 for determining the perfusion and a measuring probe 2 for determining the concentration. The measuring probe 2 for determining the concentration can be arranged both inside and outside the measuring probe 1 for determining the perfusion. The signals from the measuring probes 1 and 2 are fed to an electronic processor P, which emits an output signal when the signals change to such an extent that a change limit 20 set in the processor is exceeded. The output signal of the processor P then triggers an alarm transmitter 7. Since parallel changes in the two signals characterize the state of undersupply of the perfused tissue, this critical state can be indicated by the device. On the other hand, if only a concentration measurement is to be carried out, this output signal may indicate that the true concentration can no longer be measured due to excessive relative consumption in the tissue. 30 The structure of the processor P is shown schematically in a simple embodiment, FIG. 2. The signals of the measuring probes 1 and 2 are fed to a functional amplifier Ft, which combines the two sizes themselves or functions of this size into a third function. This can be, for example, a product or an exponential function or one of the known nomographic functions. The function only has to meet the condition that if the concentration is a function of perfusion, the highest possible signal is produced. For example, a weak parallel change in both signals leads to a clearly distinguishable signal for triggering the alarm transmitter 7. For this purpose, the output signal of the functional amplifier Ft is fed to two memories 1400 and 1401, which, controlled by a clock generator 1402, successively transmit the value am Save the output of the function amplifier. A comparator 1500 forms the difference from this, a threshold switch 1600 filters out weak changes. If a change, that is to say a difference value which is at the output of the comparator 1500, exceeds the threshold value thus predetermined in the threshold value switch 1600, then this signal triggers the alarm transmitter 7.

Die Anordnung ist nur für eine grobe Überwachung geeignet, weil sie nicht genau unterscheiden kann, ob ein hohes Signal aus den kleinen Änderungen zweier Signale oder der 55 grossen Änderung eines der Signale bei konstantem zweitem Signal entstanden ist. The arrangement is only suitable for rough monitoring because it cannot distinguish exactly whether a high signal resulted from the small changes in two signals or the large change in one of the signals with a constant second signal.

Eine solche Unterscheidung ist mit einer Anordnung nach Fig. 3 möglich. Hier wird aus den Signalen der Sonden 1 und 2 der Differenzenquotient in zwei Differenzenquotien-60 tenbildnern Dj und D2 für den Perfusionskanal und den Konzentrationskanal unabhängig voneinander gebildet und vom Ausgang für positives Vorzeichen D10 bzw. D20 einem UND-Gatter 1070, vom Ausgang für negatives Vorzeichen Du bzw. D21 einem UND-Gatter 2070 zugeführt. Die Aus-65 gänge dieser beiden UND-Gatter steuern über ein ODER-Gatter 5 den Alarmgeber 7 an. Die Anordnung nach Fig. 3 spricht dann und nur dann an, wenn parallele Änderungen beider Messwerte auftreten. Such a distinction is possible with an arrangement according to FIG. 3. Here, the difference quotient is formed from the signals of probes 1 and 2 in two difference quotient formers Dj and D2 for the perfusion channel and the concentration channel independently of one another and an AND gate 1070 from the output for positive sign D10 and D20, from the output for negative Sign Du or D21 fed to an AND gate 2070. The outputs of these two AND gates control the alarm transmitter 7 via an OR gate 5. The arrangement according to FIG. 3 responds only when parallel changes in both measured values occur.

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In einer Anordnung nach Fig. 4 ist die Genauigkeit der Alarmgabe weiter wesentlich erhöht. Für den als Beispiel angenommenen Fall von Sauerstoffmessung der Konzentration bezeichnen wieder 1 die Perfusionsmesssonde und 2 eine Sauerstoffmesssonde, die beide mit jeweils einem Kanal, dem Perfusionskanal bzw. dem Konzentrationskanal K2 verbunden sind. Beide Kanäle sind durch gemeinsame Taktgeber 3 und 4 und mindestens über je ein UND-Gatter 107 bzw. 207 mit dem ODER-Gatter 5 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gatters 5 ist über einen Integrator 6 mit dem Alarmgeber 7 verbunden. Jeder der Kanäle arbeitet wie folgt: In an arrangement according to FIG. 4, the accuracy of the alarm is further increased significantly. For the case of oxygen measurement of the concentration assumed as an example, 1 again designates the perfusion measurement probe and 2 an oxygen measurement probe, both of which are each connected to a channel, the perfusion channel or the concentration channel K2. Both channels are connected to the OR gate 5 by common clock generators 3 and 4 and at least via one AND gate 107 and 207, respectively. The output of the OR gate 5 is connected to the alarm transmitter 7 via an integrator 6. Each of the channels works as follows:

Das Messsignal ist über einen einstellbaren Verstärker 100 einem durch den einstellbaren Taktgeber 3 getakteten Integrator 101 bzw. 201 zugeführt. Die Integrationszeit ist dabei so eingestellt, dass schnelle Rauschänderungen des Signals ausgemittelt werden, die vom Messobjekt ausgehenden langsameren Schwankungen jedoch nicht integriert werden. In Fig. 4a ist der Verlauf des Signals Q The measurement signal is fed via an adjustable amplifier 100 to an integrator 101 or 201 clocked by the adjustable clock generator 3. The integration time is set so that rapid changes in noise of the signal are averaged out, but the slower fluctuations emanating from the measurement object are not integrated. 4a is the course of the signal Q

a. ohne Integration in der Zeit t„-ti b. nach Integration in der Zeit tx—12 a. without integration in time t „-ti b. after integration in time tx-12

c. mit vom Messobjekt ausgehender Signaländerung in der Zeit t2-t3 c. with signal change originating from the measurement object in time t2-t3

dargestellt. shown.

Ein auf den Integrator 101 bzw. 201 folgender Schwellenwertschalter 102 bzw. 202 sichert eine klare Trennung von Rausch- und Signaländerung. A threshold switch 102 or 202 following the integrator 101 or 201 ensures a clear separation of noise and signal changes.

Ein nach dem Schwellenwertschalter 102 bzw. 202 vorliegendes Signal 0 wird über einen getakteten Analog/Digi-tal-Wandler 103 bzw. 203 zwei Speichern 1041,1042 bzw. 2041,2042 zugeführt. Die Schaltphasen der Elemente 103, 1041,1042 sind in Fig. 4b, 4c und 4d dargestellt. Danach wird der Analog/Digital-Wandler 103 mit einer bestimmten Frequenz f0 des Taktgebers 4 getaktet, während der Speicher 1041 mit der Frequenz fx = f„/2, der Speicher 1042 mit der Frequenz f2 = f0/2, aber mit einer Phasenverschiebung von 180° gegenüber f1; getaktet ist. Durch diesen Schaltablauf wird der Wert beispielsweise von Q (t2) und Q(t3) gespeichert. Die Werte Q(t2) und Qfe) werden in einem Komparator 105 verglichen, also Q(t3)-Q(t2) gebildet. Dabei interessiert nur noch das Vorzeichen. Dies liegt deshalb als digitaler Schaltzustand an drei Ausgängen 1051 bis 1053, und zwar etwa bei Werten <^(t3)—0(t2) > 0 am Ausgang 1051, für Werte Q(t3)-Q(t2)<0 am Ausgang 1052 und für Q(t3)-Q(t2) = 0 am Ausgang 1053 an. Diese in jedem der beiden Kanäle Kx und K2 vorliegenden Schaltzustände werden nunmehr den beiden UND-Gattern 107,207 zugeführt, durch die entschieden wird, ob paralleles Verhalten der beiden Messwerte vorliegt. In einem solchen Fall wird über das ODER-Gatter 5 der Alarmgeber 7 ausgelöst. A signal 0 present after the threshold value switch 102 or 202 is fed to two memories 1041, 1042 or 2041, 2042 via a clocked analog / digital converter 103 or 203. The switching phases of elements 103, 1041, 1042 are shown in FIGS. 4b, 4c and 4d. The analog / digital converter 103 is then clocked at a specific frequency f0 of the clock generator 4, while the memory 1041 with the frequency fx = f "/ 2, the memory 1042 with the frequency f2 = f0 / 2, but with a phase shift of 180 ° compared to f1; is clocked. This switching sequence saves the value of Q (t2) and Q (t3), for example. The values Q (t2) and Qfe) are compared in a comparator 105, that is to say Q (t3) -Q (t2) are formed. Only the sign is of interest. This is therefore due to the digital switching state at three outputs 1051 to 1053, specifically at values <^ (t3) −0 (t2)> 0 at output 1051, for values Q (t3) -Q (t2) <0 at output 1052 and for Q (t3) -Q (t2) = 0 at output 1053. These switching states present in each of the two channels Kx and K2 are now supplied to the two AND gates 107, 207, by means of which it is decided whether the two measured values behave in parallel. In such a case, the alarm 7 is triggered via the OR gate 5.

Da zwischen den Änderungen der beiden Messwerte Verzögerungen liegen können, sind die Ausgänge 1051, 1052, 2051,2052 mit monostabilen Vibratoren 1061,1062,2061, 2062 als einstellbaren Verzögerungsgliedern versehen, die dafür Sorge tragen, dass asymmetrische, also für jeden Kanal verschiedene Verzögerungen in der Reaktion des Messobjektes aufgefangen werden. Since there may be delays between the changes in the two measured values, the outputs 1051, 1052, 2051, 2052 are provided with monostable vibrators 1061, 1062, 2061, 2062 as adjustable delay elements, which ensure that asymmetrical delays, i.e. different for each channel be caught in the reaction of the measurement object.

Der Fall, dass bei konstanter Perfusion der Sauerstoffdruck abfallt - ebenfalls ein kritischer Zustand - wird durch ein UND-Gatter 70, das den Ausgang 2052 des Komparators 205 für fallenden Sauerstoffdruck und den Ausgang 1053 für konstante Perfusion des Komparators 105 verbindet, überwacht. The case in which the oxygen pressure drops during constant perfusion - likewise a critical state - is monitored by an AND gate 70 which connects the output 2052 of the comparator 205 for falling oxygen pressure and the output 1053 for constant perfusion of the comparator 105.

Ein Integrationsglied 6 erlaubt die Ausmittelung über mehrere Parallelschwankungen, was bei Gewebetypen mit starken Anpassungsschwankungen eine zu frühe Alarmauslösung verhindert. An integration element 6 permits averaging over a number of parallel fluctuations, which prevents an alarm being triggered too early in the case of tissue types with strong adaptation fluctuations.

Die Anordnung kann dadurch verbessert werden, dass eine zusätzliche Sauerstoffmesssonde 2000 mit einem solchen Diffusionswiderstand der Sondenmembran einschaltbar ist, der gross gegen den Diffusionswiderstand der Haut ist. Diese Sonde misst den Sauerstoffdruck dann sehr genau, wenn keine Schwankungen im Sauerstoffdruck auftreten. Ein solcher Zustand ist aber durch den Ausgang 2053 des Komparators 205 bestimmt, der die Bedingung The arrangement can be improved in that an additional oxygen measuring probe 2000 can be switched on with a diffusion resistance of the probe membrane that is large compared to the diffusion resistance of the skin. This probe measures the oxygen pressure very precisely when there are no fluctuations in the oxygen pressure. Such a state is determined by the output 2053 of the comparator 205, which is the condition

P02(t!>-p02(t2) = 0 P02 (t!> - p02 (t2) = 0

anzeigt. Der Ausgang 2053 kann also vorteilhaft mittels eines Schalters 2001 zur Einschaltung der Sauerstoffmesssonde 2000 mit einem gegen die Haut grossen Diffusionswiderstand zur Erhöhung der Messgenauigkeit verwendet werden, deren Werte sodann durch eine Anzeige 2002 angezeigt werden. displays. The output 2053 can thus advantageously be used by means of a switch 2001 to switch on the oxygen measuring probe 2000 with a diffusion resistance against the skin which is high to increase the measuring accuracy, the values of which are then indicated by a display 2002.

Um Perfusionsänderungen unter Hyperämie induzieren zu können, ist ein Druck auf die Gewebeoberfläche von mindestens 1 g/cm2 erforderlich. Mit einer Anordnung nach Fig. 5 ist dies intermittierend durch einen nicht gezeichneten zusätzlichen Taktgeber möglich. Ein Messkopf A befindet sich hier innerhalb eines Druckgebers 8, der mit einer Membran 9 abgeschlossen und über eine Zuleitung 10 mittels Gas oder hydraulisch unter Druck zu setzen ist. Ist die gesamte Anordnung mittels eines Kleberings 11 auf einer Gewebeoberfläche 0 befestigt, dann kann über eine getaktete Pumpe (nicht gezeichnet) nach Ablauf eines festgelegten Zeitintervalls die Perfusion des gemessenen Gewebestückes durch Druckerhöhung kurzzeitig unterbrochen werden. Die sich daran anschliessende Änderung beider Messgrössen erlaubt sodann die Feststellung, ob der gewünschte maximale Grenzwert der Perfusionseffizienz vorliegt. In order to induce perfusion changes under hyperemia, a pressure on the tissue surface of at least 1 g / cm2 is required. With an arrangement according to FIG. 5, this is possible intermittently by means of an additional clock generator, not shown. A measuring head A is located here within a pressure sensor 8, which is closed off with a membrane 9 and is to be pressurized by means of gas or hydraulically via a feed line 10. If the entire arrangement is fastened on a tissue surface 0 by means of an adhesive ring 11, then the perfusion of the measured tissue piece can be briefly interrupted by increasing the pressure by means of a clocked pump (not shown) after a specified time interval. The subsequent change in both measurement variables then allows the determination of whether the desired maximum limit of perfusion efficiency is present.

Anstelle der Druckdose können auch eine aufblasbare Manschette oder ähnliche bekannte Einrichtungen verwendet werden. Instead of the pressure can, an inflatable cuff or similar known devices can also be used.

Die Weiterentwicklung der Vorrichtung, die in Fig. 6 dargestellt ist, besteht darin, dass ein Taktgeber 1000 verwendet ist, um durch Änderung der Heizleistung die Perfusionsmesssonde 1 abwechselnd mit einer Temperatur von etwa 43 °C und sodann mit der Körperkerntemperatur, The further development of the device, which is shown in FIG. 6, consists in the fact that a clock generator 1000 is used in order to change the perfusion measuring probe 1 alternately with a temperature of approximately 43 ° C. and then with the body core temperature, by changing the heating power,

meist etwa 37 °C, zu betreiben. Bei der niederen, von einem Temperaturfühler 1010 gemessenen Temperatur besteht nämlich eine Zeitlang Überschusshyperämisierung aus der Betriebszeit mit 43 °C, so dass einerseits die maximal mögliche Perfusion besteht, gleichzeitig aber der Sauerstoffdruck den arteriellen Wert bei Körperkerntemperatur annimmt. Durch eine elektrische Verriegelung V ist dafür gesorgt, dass nur dann gemessen werden kann, wenn die Temperatur der Perfusionsmesssonde etwa Körperkerntemperatur beträgt. usually operate at about 37 ° C. At the lower temperature measured by a temperature sensor 1010, there is a time excess hyperemia from the operating time at 43 ° C., so that on the one hand there is the maximum possible perfusion but at the same time the oxygen pressure takes on the arterial value at body core temperature. An electrical interlock V ensures that measurements can only be taken when the temperature of the perfusion probe is around the body's core temperature.

Die Weiterentwicklung dieser Vorrichtung in Fig. 7 um-fasst mindestens zwei aus je einer Konzentrationsmesssonde 2 und einer Perfusionsmesssonde 1 bestehende Messköpfe Ax und A2, die durch einen Taktgeber 1001 abwechselnd auf Körperkerntemperatur und auf etwa 43 °C gebracht werden, wobei der Taktgeber 1001 mittels der Schalter Vt und V2 jeweils diejenige der Anordnungen A1; A2 mit dem Prozessor P verbindet, deren Temperatur gerade etwa Körperkerntemperatur beträgt. The further development of this device in FIG. 7 comprises at least two measuring heads Ax and A2, each consisting of a concentration measuring probe 2 and a perfusion measuring probe 1, which are brought to body core temperature and to approximately 43 ° C. alternately by a clock generator 1001, the clock generator 1001 using the switches Vt and V2 each that of the arrangements A1; A2 connects to the processor P, the temperature of which is just about the core body temperature.

Mit Vorrichtungen nach Fig. 8 können mehrere Indikatorkonzentrationen überwacht werden. So liegt beispielsweise auch dann ein kritischer physiologischer Zustand vor, wenn die C02-Konzentration mit der Perfusion schwankt. Ist Aj ein Messkopf zur Messung der 02-Konzentration, A2 ein Messkopf zur Messung der C02-Konzentration, sind Pl5 P2 die den beiden Messköpfen zugeordneten Prozessoren, 300 ein ODER-Gatter, dann wird der Alarmgeber 7 immer dann ausgelöst, wenn entweder kritische 02-Werte oder kri5 With the devices according to FIG. 8, several indicator concentrations can be monitored. For example, there is a critical physiological condition even if the CO 2 concentration fluctuates with the perfusion. If Aj is a measuring head for measuring the 02 concentration, A2 is a measuring head for measuring the C02 concentration, Pl5 P2 are the processors assigned to the two measuring heads, 300 an OR gate, then the alarm transmitter 7 is triggered whenever either critical 02 -Values or kri5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

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60 60

65 65

636 516 636 516

6 6

tische C02-Werte vorliegen. Dabei ist es bekannt, dass die (^-beziehungsweise die C02-Konzentrationen nach dem HENRY'schen Gesetz a • p02 = C a: Löslichkeitskoeffizient p02: Sauerstoffdruck C: Konzentration dem Druck proportional sind, so dass die Konzentrationen von 02 und von C02 zweckmässig durch Messung des Par-tialdruckes bestimmt werden. table C02 values are available. It is known that the (^ or the C02 concentrations according to HENRY's law a • p02 = C a: solubility coefficient p02: oxygen pressure C: concentration are proportional to the pressure, so that the concentrations of 02 and of C02 are appropriate can be determined by measuring the partial pressure.

Bei Vorrichtungen nach Fig. 9 sind einmal zwei Konzentrationsmesssonden 2 und 20 für verschiedene Indikatoren in einem Messkopf A3 zusammen mit der Perfusionsmesssonde 1 angeordnet. Weiterhin sind die Konzentrationsmesssonden mit einem Funktionsverstärker F2 verbunden, der beispielsweise mittels bekannter nomografischer Funktionen in bekannter Weise etwa aus den 02- und den C02-Konzentra-tionen den pH-Wert oder, nach Feststellung des Löslich- 9, two concentration measuring probes 2 and 20 for different indicators are arranged in a measuring head A3 together with the perfusion measuring probe 1. Furthermore, the concentration measuring probes are connected to a functional amplifier F2, which, for example, uses known nomographic functions in a known manner, for example from the 02 and the C02 concentrations, to determine the pH or, after determining the solubility,

keitskoeffizienten für Sauerstoff, die Hämoglobinsättigung von Blut ermittelt. Die Schwankungen dieser Werte werden in der bereits beschriebenen Weise sodann im Prozessor P verwertet. efficiency coefficients for oxygen, the hemoglobin saturation of blood determined. The fluctuations of these values are then used in processor P in the manner already described.

5 Die Vorrichtung nach Fig. 10 enthält vor dem Eingang des Prozessors P oder an anderer Stelle des Konzentrationsmesskanals einen variablen Verstärker 1014, der, durch einen Temperaturfühler 1010 gesteuert, den Temperaturgang der Indikatorkonzentration ausgleicht. Dabei sind die Kor-io rekturwerte dadurch zu erhalten, dass aus den mit der Anordnung nach Fig. 6 bestimmten Werten bei höherer und bei niederer Betriebstemperatur das Verhältnis gebildet ist. Zweckmässig werden dabei nicht nur 43 °C als Maximaltemperatur gewählt, sondern nacheinander mehrere Werte aus i5 dem Intervall von 37 °C bis 43 °C eingestellt, so dass sich dadurch eine Tabelle für die in diesem Intervall gültigen Korrekturwerte ergibt. Es können die Korrekturwerte für Blut beispielsweise aber auch aus der 02-Bindungskurve errechnet werden. 5 The device according to FIG. 10 contains a variable amplifier 1014 in front of the input of the processor P or at another point in the concentration measuring channel, which, controlled by a temperature sensor 1010, compensates for the temperature response of the indicator concentration. The correction values can be obtained by forming the ratio from the values determined with the arrangement according to FIG. 6 at higher and lower operating temperatures. It is advisable not only to select 43 ° C as the maximum temperature, but also to set several values from i5 in the interval from 37 ° C to 43 ° C, so that this results in a table for the correction values valid in this interval. The correction values for blood can also be calculated from the 02 binding curve, for example.

s s

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

636 516 PATENT CLAIMS

1. Device for the transcutaneous determination of perfusion efficiency in tissue supplied with blood, with at least one measuring probe (2) for measuring the concentration of a substance transported by perfusion and at least one measuring probe (1) for determining perfusion, characterized in that that of the measuring probe (1) for measuring the perfusion and signals emanating from the measuring probe (2) for measuring the concentration are fed to an electronic processor (P) which detects signal changes and which triggers an alarm device (7) if the signal change over time exceeds a change limit predetermined for the processor.

2. Device according to claim 1, characterized in that the electronic processor (P) has a functional amplifier (Fj) which forms a product of the perfusion signal and the concentration signal that the output of the functional amplifier (FJ by a clock generator (1402) on two memory (1400, 1401) driven by 180 ° out of phase is switched, the outputs of which are connected via a comparator (1500) to a threshold switch (1600) which switches the alarm transmitter (7) (FIG. 2).

3rd

636 516

3. Device according to claim 1, characterized in that the electronic processor (P) each has a channel (Dx or D2) for the perfusion signal and the concentration signal, in which the time difference quotients of the signals can be determined, and that the sign of Differential quotients corresponding switching state is supplied from the two channels each an AND gate (1070 or 2070), the outputs of which act on the alarm transmitter (7) via an OR gate (5) (Fig. 3).

4. The device according to claim 1, characterized marked. net that the electronic processor (P) each has a channel (Kj or K2) for the perfusion signal and the concentration signal, which channels each contain an amplifier (100, 200), the output of which is controlled by a frequency-adjustable clock ( 3) controlled integrator (101, 201), whose output is connected to an adjustable threshold switch (102, 202), that the output of the threshold switch (102, 202) is each connected to a clocked analog / digital converter (103, 203) , whose adjustable second clock (4) connects the analogue / digital converter (103, 203) to the threshold switch (102, 202) with the full operating frequency, with half the operating frequency a first memory (1041, 2041) with the output of the Analog-to-digital converter (103, 203) and with the half-working frequency shifted in phase by 180 ° connects a second memory (1042, 2042) to the output of the analog / digital converter, that each Since a comparator (105, 205) is connected to the output of the first (1041, 2041) and the second memory (1042, 2042) and that the output of the comparator (105, 205) is used for both negative (1052, 2052) and positive signs ( 1051, 2051) each of the two channels is connected to one of two AND gates (107, 207), the outputs of which act on the alarm transmitter (7) via an OR gate (5) (Fig. 4).

5 alarm transmitter (7) an adjustable integration element (6) is arranged.

5. The device according to claim 4, characterized in that between the outputs (1051, 1052, 2051, 2052) of the comparator (105,205) and the inputs of the AND gates (107,207) each monostable vibrators (1061, 1062,2061,2062) are arranged with adjustable switching time.

6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that a zero output (1053) of the comparator (105) of the perfusion channel (KJ and the minus output (2052) of the comparator (205) of the concentration channel

(K2) are connected to the OR gate (5) via a further AND gate (2070).

7. The device according to claim 3 or 6, characterized in that between the OR gate (5) and the

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized by a clock generator (1000; 1001) for setting the temperature of the perfusion measuring probe (1) measured by a temperature sensor (1010) alternately to the temperature of the body core and to a temperature of approximately 43 ° C (Fig. 6, 7).

9. The device according to claim 8, characterized in that it has at least two perfusion measuring probes (1,1 ')

i5 and two concentration measuring probes (2,2 ') contains that both perfusion measuring probes (1,1') are set by the clock generator (1001) alternately to the body core temperature and to a temperature of about 43 ° C and that the concentration measurement by that concentration -

10. The device according to claim 1, characterized in that the electronic processor (P) actuates a display as long as the temporal signal change under one of the

25 processor specified change limit.

11. The device according to claim 6, characterized in that by means of a at a zero output (2053) of the comparator (205) of the concentration channel (K2) switch (2001) an additional oxygen measuring probe

30 (2000) can be switched on with such a diffusion resistance of the membrane, which is large against the diffusion resistance of the skin.

12. The device according to claim 1, characterized in that the concentration measuring probe (2) a 02-Elek-

35 trode is.

13. The apparatus according to claim 1, characterized in that the concentration measuring probe (2) is a C02 electrode.

14. The apparatus according to claim 1, characterized in

40 net that the concentrations of several indicators can be measured simultaneously by several probes (2,2 ', ...), the outputs of the processors assigned to the respective concentration measuring probes (Pl5 P2, ...) via an OR gate (300) are connected to the alarm device (7).

45

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that a plurality of concentration measuring probes (2,20) are arranged in a measuring head (A3).

16. The apparatus according to claim 1, characterized in that a temperature sensor (1010) a variable Ver

50 more (1014) adjusted so that the temperature dependency of the indicator concentration is just balanced.

17. The device according to claim 1, characterized in that the concentration of further indicators can be measured simultaneously by white concentration measuring probes (20),

that the concentration measuring probes (2, 20) are connected to a functional amplifier (F2) which determines a further physiological variable from the indicator concentrations and that the further physiological variable

6o tronic processor (P) is fed.

18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the concentration measuring probes (2,20) are an 02 probe and a C02 probe.

65

19. The device according to claim 1, characterized by means for pressing the perfusion measuring probe (1) onto the tissue surface with a pressure of at least 1 g / cm 2 in order to produce a change in perfusion.

20. The apparatus according to claim 19, characterized in that a heat-insulated weight is provided for exerting the pressure.

20 tration measuring probe (2,2 ') is made, the temperature of which is the body core temperature (Fig. 7).

21. The apparatus according to claim 19, characterized in that a hydraulically or by gas pressure actuatable pressure transmitter (8) is provided for applying the pressure.

22. The apparatus of claim 20 or 21, characterized in that the pressure is controlled by a clock.